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De acordo com Sanchez e Sobolev (2010), duas abordagens principais podem ser empregadas na obtenção de nanomateriais:

a) Top Down (de cima para baixo) – este método refere-se à diminuição do material de sua forma volumosa para dimensões nanométricas por técnicas de litografia. Esse método, no entanto, tem encontrado limitações, sendo pouco utilizado. O top-down é considerado como método clássico que reúne processos como moagem com bolas ou rolos por via úmida, tratamentos térmicos, litografia, entre outros. Entretanto, esse método pode causar imperfeições na superfície da estrutura, além disso, os custos energéticos são elevados e a contaminação dos materiais pode ser alta. Este método mantem as propriedades originais do material e não há controle em nível atômico.

b) Bottom Up (de baixo para cima) – também conhecida por Nanotecnologia Molecular, esse método, abordado inicialmente por Richard Feymann refere-se à construção de dispositivos a partir de átomos ou moléculas ligados quimicamente. Nesse caso, as estruturas são vistas como versáteis para a obtenção de dispositivos nanométricos, por exemplo, a funcionalização de um substrato com moléculas de propriedades e funções específicas. Este método é uma grande promessa para o ramo da ciência dos materiais, eletrônica, medicina, saúde, energia, biotecnologia e tecnologia da informação.

A Figura 2.1 ilustra as abordagens Top Down e Bottom Up empregadas na obtenção de nanomateriais.

Figura 2. 1 - Abordagens Top Down e Bottom Up empregadas na obtenção de nanomateriais (SANCHEZ e SOBOLEV, 2010).

As nanopartículas de SiO2 podem ser obtidas por processos diversos e, dependendo

desse processo e das condições de obtenção podem variar as propriedades da nanossílica como tamanho de partícula e reatividade, refletindo assim na sua eficiência.

O processo sol-gel é um dos processos de produção de nanomateriais do tipo bottom- up mais utilizados. Para a produção de nanossílica, este processo envolve a formação de uma suspensão coloidal (sol) e congelamento da mesma para formar uma rede em uma fase líquida contínua (gel). Neste processo, se altera o pH da mistura entre materiais que dão origem à sílica (como o Na2SiO2 e organometálicos como trymethylethoxysilane – TMOS –

ou tetraethoxysilane – TEOS) com um solvente (ácido ou básico), precipitando o gel de sílica. Este gel é envelhecido, filtrado e tratado para produzir uma dispersão concentrada (QUERCIA e BROUWERS, 2010).

Outro processo de obtenção da nanossílica é o método da vaporização da sílica, onde a redução do quartzo é feita em um forno elétrico de arco, com temperaturas entre 1500 e 2000 ºC, causando a vaporização da sílica, onde ela é recolhida, gerando um pó de partículas esféricas com diâmetro médio de 150 nm.

De acordo com Quercia e Browers (2010) a nanossílica também pode ser obtida por um método biológico, que consiste em alimentar minhocas vermelhas da Califórnia com casca de arroz, e o húmus gerado é processado, gerando nanopártículas de SiO2 de forma

esférica com tamanho entre 55 e 245 nm, sendo obtida com uma eficiência de 88% do processo.

O método da sílica olivina é um processo de produção de nanossílica por meio da combinação de olivina mineral e resíduos de ácido, tanto sulfúrico quanto clorídrico, formando uma sílica precipitada muito fina, com partículas entre 6 e 30 nm, mas aglomerada, que se torna mais barata do que a própria sílica ativa (QUERCIA e BROUWERS, 2010).

De acordo com Carneiro (2013) o método Equisetum arvenses é um método que consiste na obtenção de nanopartículas de SiO2 a partir do Equisetum arvenses, planta

herbácea perene conhecida popularmente por cavalinha, nativa em das regiões árticas do Hemisfério Norte. Este processo de produção da nanossílica baseia-se em diferentes combinações de ciclos de lixiviações ácidas seguidas por calcinações com temperaturas variando entre 500 e 600ºC. Carneiro (2013) obteve nanopartículas de sílica a partir do Equisetum arvenses. As nanopartículas produzidas foram caracterizadas pelo ensaio de desorção de nitrogênio, microscopia eletrônica de varredura, fluorescência e difração de raios-X. O tratamento que apresentou melhores resultados foi o submetido a dois ciclos de

lixiviação ácida e temperatura de calcinação de 500ºC, gerando amostras com área específica superficial de 330,63 m /g, composto de 93,5% de silício e de natureza amorfa. Realizaram- se ciclos de lixiviações, utilizando cerca de 500 g da cavalinha (Equisetum arvenses) lavada para cada 2000 mL de solução (água deionizada + HCl 2%) e este material permaneceu cerca de 2 horas em ebulição em autoclave vertical, com pressão de 1,5 kgf/cm e temperatura aproximada de 120ºC. Foram testados dois tratamentos, que consistiram em submeter à amostragem a um ou dois ciclos de fervura. O material seco foi moído em moinho de bolas, durante 24 horas, tempo constante para todas as amostras a fim de obter amostras com granulometria menor que 2,5 mm. O volume do recipiente foi ocupado com cerca de 20% do vegetal e 50% com o meio de moagem, sendo que o vegetal cobriu ligeiramente as bolas. Os corpos moedores utilizados foram bolas de cerâmica, com diâmetros variáveis entre 10 e 20 mm. A próxima etapa consistiu em submeter o vegetal lixiviado e moído a calcinações, em diferentes temperaturas (tratamento térmico). O material foi separado em pequenas proporções, para proporcionar uma queima uniforme do material, durante 2 horas. As temperaturas definidas para calcinação foram 500, 550 e 600 ºC.

As nanopartículas de sílica também podem ser obtidas a partir de vegetais capazes de acumularem grandes quantidades de silício. Chakraverti et. al (1988) patenteou um processo para produzir partículas de sílica amorfa superfina, com mais de 92% sílica com 0,04-0,05 μm, a partir da casca de arroz.

Chandrasekhar et al. (2005) também produziuram nanopartículas de sílica amorfa e com alta pureza (98,5%) a partir de um pré-tratamento da casca de arroz com HNO3 e

calcinação a 600°C. A lixiviação das cascas com ácidos acético e oxálico com diferentes concentrações, seguida de tratamento térmico, resultou em produtos com propriedades otimizadas, como pureza, reatividade, brilho, área de superfície e volume de poros.

Bansal et al. (2006) desenvolveram uma alternativa para a obtenção de nanopartículas de sílica a partir da casca de arroz. A sílica amorfa presente na casca foi biotransformada à temperatura ambiente (25°C) em partículas de 2-6 nm com formato semiesférico, usando um fungo filamentoso, denominado Fusarium oxysporum. Tal processo tem um potencial grande de aplicação, já que opera a 25°C, sem usar produtos químicos. O Fusarium oxysporum é um fungo fitopatógeno encontrado em solos, que vive saprofiticamente na matéria orgânica e em resíduos infectados.

Zulkifli et al. (2012) sintetizaram partículas de sílica com diâmetro variando entre 75-252 nm e formato esférico como observado na Figura 2.2, empregando como precursor o silicato de sódio obtido pela adição de ácido fosfórico na casca de arroz e etanol.

Figura 2. 2 - Nanopartículas de SiO2 obtidas mediante síntese química usando silicato de

sódio sintetizado pela lixiviação ácida com ácido fosfórico (ZULKIFLI et al., 2012).